Avanceret robotisk lem-ersætning: Gendannelse af funktion og bevægelighed

Robotik i medicin – fremtiden for protesser

Robotikken bliver mere og mere avanceret. En meget spændende anvendelse er inden for medicin, specifikt udviklingen af robotiske lem-ersætninger. Lem-ersætning involverer brugen af en protese til at erstatte en kropsdel, der er amputeret eller tabt på grund af skade eller sygdom. Med teknologiske fremskridt og en bedre forståelse af, hvordan hjernen kontrollerer bevægelse, bliver lem-ersætninger mere sofistikerede og livagtige.

Betydning

Målet med robotisk lem-ersætning er at udvikle protesser, der ser ud, opfører sig og føles som den lem, de erstatter. Det er ikke længere nok bare at erstatte lemen; den skal nu fungere som en fuldt operativ lem. Dette involverer ikke kun at bygge meget specialiserede kunstige lemmer, men også at forstå, hvordan hjernen kontrollerer bevægelse. Udfordringen er, hvordan man forbinder den robotiske lem, så patienten kan kontrollere dens bevægelse, ligesom det var en normal lem. I dag kontrolleres de fleste kunstige lemmer af muskulære kontraktioner initieret af patienten versus neurale signaler fra hjernen, som sker ved naturlig bevægelse.

Funktion

Enhver bevægelse, kroppen udfører, starter med en tanke. Så snart en tanke som "jeg skal tage et skridt fremad" eller "jeg skal løfte min kaffekop" opstår, udløser hjernen en række komplekse reaktioner for at gøre bevægelsen mulig. Hjernen skal finde ud af, hvilke muskler der skal sammentrækkes og afslappes, samt hvor meget kraft der er nødvendig for at udføre opgaven. Med lynhurtighed sender hjernen signaler gennem rygraden og langs de nervøse baner for at koordinere og rekruttere de nødvendige muskler. Når der er tab af en lem, er der også tab af de nerver, der forbinder den lem med signalerne sendt af hjernen.

Typer

Almindelige protesser i dag forbinder ikke den kunstige lem med det nervøse system. Protessen består af den kunstige lem og kabler, der forbinder til et område af kroppen, hvor musklerne fungerer. For eksempel ville en håndprotese forbinde til skuldremusklerne. Patienten skal så sammentrække skuldremusklerne på meget præcise måder for at trække i kablerne, som i sin tur får håndprotessen til at bevæge sig. Der er også eksternt drevne protetiske lemmer. I dette tilfælde bevæges lemen med en batteridrevet motor. Her skal skiftes bevæges for at få lemen til at bevæge sig. Begge kræver meget tid og træning fra patienten. Begge lader også meget at ønske, når det kommer til at se livagtige ud og at replikere naturlig bevægelse. Derfor behovet for robotisk lem-ersætning, som vil tillade hjernen og den kunstige lem at interagere direkte med hinanden.

Overvejelser

For at få robotiske lemmer til at fungere korrekt, skal videnskabsmænd finde ud af, hvordan man får signalerne sendt af hjernen til at interagere med den kunstige lem. Målet er at udvikle computeriserede systemer, der kan tolke signalerne fra hjernen og derefter oversætte dem til den robotiske lem, så den kan reagere passende. Det er næsten et tilfælde af at udvikle et kunstigt nervøst system. Videnskaben kommer tættere med udviklingen af at bruge computerchips, der kan programmeres til at kontrollere en protese. Protessen, der indeholder chippen, overvåger patienten, mens han eller hun bevæger sig. Denne information evalueres derefter af et eksternt computerprogram. Derefter programmeres protessen til at efterligne patientens naturlige bevægelser. Chippen fungerer som en hjerne og reagerer automatisk på ændringer i hastighed og retning. Denne information programmeres derefter forud i protessen, så den kunstige lem er bedre match med patientens unike måde at bevæge sig på i deres daglige aktiviteter.

Potentiale

Så spændende programmerbare lemmer også er, har de stadig deres begrænsninger. De tillader kun et lille antal, normalt ti, programmerbare tilstande. Da de kører på batterikraft, skal de oplades. Der foretages i øjeblikket anstrengelser for at lade batteriet køre op til femti timer. Her er hvor videnskaben om robotisk lem-ersætning tilbyder løfte. Målet er på en eller anden måde at "ledning" den kunstige lem direkte til det nervøse system, så hjernen kontrollerer hver bevægelse naturligt. Først skal en elektrode kirurgisk placeres i hjernen. Så ville computere indeholdt i protessen blive programmeret til at tolke signalerne sendt af hjernen for at initiere bevægelse. I tilfælde skal computeren i den kunstige lem sende information tilbage til hjernen, mens bevægelse sker, så justeringer kan foretages. Videnskabsmænd eksperimenterer nu med de bedste steder at fastgøre elektroderne og på at forbedre de computeriserede signaler mellem protessen og hjernen. Mens vi stadig er en vej fra at gøre dette en virkelighed hos mennesker, har forskning i rotter og aber været vellykket. Se linkene nedenfor for mere information.